红光调控番茄果实类胡萝卜素合成的转录和代谢分析
番茄（Solanum lycopersicumL.）是世界最主要的园艺作物之一，因其酸甜适宜的口感、丰富的营养物质和独有的观赏特性而受到人们的广泛喜爱。类胡萝卜素是番茄果实呈色的主要色素，也是番茄抗氧化物质的主要来源。本实验室前期研究表明，番茄果实经红光处理后其类胡萝卜素含量显著提高。但关于红光调控番茄果实类胡萝卜素合成的机制目前尚不明确。 因此本试验以番茄品种‘Micro-Tom’为试材，白光作对照，采用红光处理不同成熟时期的离体番茄果实，测定各时期番茄果实的色素总量以及类胡萝卜素合成相关基因表达量的变化，筛选出类胡萝卜素及其合成相关基因对红光响应显著的成熟时期，并对该时期果实样品进行靶向代谢组和转录组联合分析，进一步探究红光信号调控番茄果实类胡萝卜素合成的代谢和转录机理。主要结果如下： 1、随着番茄果实成熟，果实的色度和叶绿素总量逐渐降低，类胡萝卜素总量则逐渐升高，并在红熟期升至最高；其中果实在转色期时叶绿素总量降低最快，类胡萝卜素总量增长最快。用红光处理各成熟期番茄果实的qRT-PCR结果显示，与白光相比，红光下绿熟期后的果实中类胡萝卜素合成相关基因的表达量普遍发生了显著变化，其中番茄红素上游的关键酶基因—SlGGPS、SlPSY1、SlPDS和SlCRTISO表达均呈现不同程度上调，番茄红素下游的环化酶基因SlCYCB则表达下调。 2、对红光处理12h的转色期番茄果实进行类胡萝卜素靶向代谢组检测分析，结果表明，与白光相比，红光下番茄果实中检测到了25种类胡萝卜素，包括8种叶黄素、5种胡萝卜素和12种类胡萝卜素酯。其中，八氢番茄红素含量变化最为显著，番茄红素次之。 3、对转色期番茄果实红光处理不同时长（1、4、8和12h）后进行转录组检测，结果表明，与白光相比，共检测到4017个差异基因。对差异基因进行KEGG聚类，结果发现红光处理1h后发生显著变化的通路有：其他次生代谢物合成大类的花青素生物合成通路、黄酮和黄酮醇生物合成通路、苯丙烷类生物合成通路；萜类和聚酮化合物代谢大类的类胡萝卜素合成通路、油菜素甾体合成通路；信号转导大类的植物MAPK信号通路、植物激素信号通路等。红光处理12h后显著变化的通路有：碳水化合物代谢大类的半乳糖代谢通路、淀粉和蔗糖代谢通路；属于脂质代谢大类的甘油酯代谢通路、亚油酸代谢通路；属于环境适应大类的植物昼夜节律通路、植物-病原菌相互作用通路等。 4、代谢组检测到的25种类胡萝卜素与转录组检测到的4017个差异基因的共表达分析结果显示，有1732个基因与这些类胡萝卜素显著相关（r＞0.8），其中转录因子共105个。已公布的11个类胡萝卜素合成相关基因（SlGGPS、SlPSY1、SlPDS、SlCRTIS O、SlZDS、SlZISO、SlLCYB、SlVDE、SlNCED1、SlCYP97C1、SlCYP97A3）与转录组检测到的4017个差异基因的共表达分析结果显示，有1778个基因与这些类胡萝卜素显著相关（r＞0.8），其中转录因子共147个。将代谢组检测到的25种类胡萝卜素及其11个合成相关基因共表达分析结果进行整合，发现有64个转录因子既与25种类胡萝卜素相关又与11个类胡萝卜素合成基因相关，它们主要集中在植物昼夜节律和植物激素信号转导通路，其中响应红光和激素信号的MYB家族的转录因子LHY和AUX/IAA家族的IAA29，以及显著变化的AP2/ERF家族的ERF4和bHLH家族的bHLH93可能是红光调控番茄果实类胡萝卜素合成途径的重要转录因子。
番茄;类胡萝卜素;生物合成;红光调控
山东农业大学
硕士
蔬菜学
李岩
2021
中文
S641.2;S601
2022-08-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）